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https://hdl.handle.net/1822/60482
Título: | Fabrico de um filtro ótico integrado numa matriz de fotodíodos de silício para aplicação em sondas neuronais |
Autor(es): | Pereira, José Pedro de Oliveira |
Orientador(es): | Pimenta, Sara Filomena Ribeiro |
Data: | 2018 |
Resumo(s): | O aparecimento das técnicas de optogenética permitiu dotar as sondas neuronais com interação ótica,
contribuindo para expansão das áreas de estudo de doenças neurológicas. A optogenética permite a estimulação
localizada de neurónios geneticamente modificados, através da fotoestimulação de opsinas. A
visualização desta ação nos neurónios pode ser conseguida através da emissão fluorescente de fluoróforos,
co-eletroporados nos neurónios.
O principal foco desta dissertação relaciona-se com a necessidade de se proceder à leitura do sinal
fluorescente emitido pelo fluoróforo O-GECO1 (com pico de emissão nos 570 nm), descartando: (i) os sinais
usados para a fotoestimulação da opsina ChR2 (com pico de excitação nos 470 nm); e (ii) os sinais utilizados
para a excitação do mesmo fluoróforo (com pico de excitação nos 540 nm). Para tal, foram simulados e
desenvolvidos dois filtros óticos de 9 e 11 camadas de materiais dielétricos (SiO2 e TiO2), baseados no
interferómetro de Fabry-Perot. Procedeu-se também com o desenvolvimento de uma estrutura para o
fabrico de uma matriz de fotodíodos de silício, recorrendo a técnicas de microfabricação.
Os melhores resultados foram obtidos na caracterização do filtro ótico de 11 camadas fabricado em
substrato de vidro, verificando-se um pico de transmitância máxima de 82 % nos 561 nm e uma largura a
meia altura de 28 nm. A caracterização ótica do mesmo filtro integrado numa matriz de fotodíodos de silício
(já existente e pertencente ao grupo de investigação), revelou uma responsividade máxima de 274 mA/W
nos 578 nm. A avaliação in-vitro do filtro ótico de 11 camadas depositado na superfície de um fotodíodo de
silício (da referida matriz) mostrou que a corrente do fotodíodo é proporcional à concentração do fluoróforo,
apresentando uma boa linearidade (R2 = 0,9361). Esta avaliação valida o funcionamento do conjunto na
deteção de diferentes concentrações de um fluoróforo com propriedades óticas semelhantes às pretendidas,
considerando uma medição in-vivo.
Para terminar, a estrutura para o fabrico de uma matriz de fotodíodos de silício foi desenvolvida com sucesso,
encontrando-se de momento na Universidade de São Paulo, no Brasil, para dopagem por implantação
iónica. The emergence of optogenetic techniques allowed to achieve neural probes with optical interaction, helping the expansion of research on neurological diseases. Optogenetic allows the specific stimulation of genetically modified neurons through the photostimulation of opsins. The imaging of this action in the neurons can be achieved through emitted fluorescence changes from fluorophores, co-electroporated in the neurons. The main goal of this dissertation is related with the necessity to read the fluorescence signal emitted by the fluorophore O-GECO1 (emission peak at 570 nm) and to intercept: (i) the signals used for photostimulation of the opsin ChR2(excitation peak at 470 nm); and (ii) the signals used for the excitation of the same fluorophore (excitation peak at 540 nm). Thus, two optical filters with 9 and 11 layers of dielectric materials (SiO2 and TiO2) were simulated and developed, based on the Fabry-Perot interferometer. Moreover, a structure for the fabrication of a silicon photodiodes array was developed, based on microfabrication techniques. The best results were obtained in the characterization of the 11-layer optical filter fabricated on a glass substrate, with a maximum transmittance peak of 82 % at 561 nm and a full width at half maximum of 28 nm. The optical characterization of the same filter integrated in a silicon photodiodes array (existing array from the research group) revealed a maximum responsivity of 274 mA/W at 578 nm. The performance of the optical filter deposited on the top of one silicon photodiode (from the mentioned array) was tested through invitro fluorescence measurements. The results showed a photodiode current proportional to the fluorophore concentration with a good linearity (R2 = 0.9361). These results validate the set operation in the detection of different concentrations of a fluorophore with optical properties similar to the desired ones, considering an in-vivo measurement. Finally, the structure for the fabrication of a silicon photodiodes array was successfully developed, and it is now at University of São Paulo, Brazil, for doping by ion implantation. |
Tipo: | Dissertação de mestrado |
Descrição: | Dissertação de mestrado integrado em Eletrónica Industrial e Computadores |
URI: | https://hdl.handle.net/1822/60482 |
Acesso: | Acesso aberto |
Aparece nas coleções: | BUM - Dissertações de Mestrado DEI - Dissertações de mestrado |
Ficheiros deste registo:
Ficheiro | Descrição | Tamanho | Formato | |
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Jose Pedro de Oliveira Pereira.pdf | Dissertação de Mestrado | 19,07 MB | Adobe PDF | Ver/Abrir |